第7章人机界面的安全设计=安全人机工程学=重庆大学课件

第七章人机界面的

安全设计

第七章人机界面的安全设计第七章人机界面的安全设计

在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在这个“面”上，通常人们称这个面为人机界面。人机界面设计主要指显示器、控制器以及它们之间的关系设计，使人机界面符合人机信息交流的规律与特性。第七章人机界面的安全设计三要素基本模型第七章人机界面的安全设计7.1信息显示装置的类型

及其特点

7.1.1信息显示方式的类型及其功能仪表是信息显示器中应用极为广泛的一种视觉显示器。一般可按其显示形式和显示功能分为两类。第七章人机界面的安全设计

如果按显示形式分类，这时可分为数字式显示器和模拟式显示器两大类。数字式显示器是直接用数码来显示信息的仪表，这类显示器的特点是认读过程简单速度快，读数准确、精度高。模拟式显示器是用标定在刻盘上的指针来显示信息的，这类显示器的特点是能连读、直观地反映信息的变化趋势，使人对模拟值在全量程范围内一目了然。第七章人机界面的安全设计

如果按显示功能分类，这时可分为读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表和调节用仪表。①读数用仪表用于显示机器的有关参数和状态；②检查用仪表用于显示系统状态参数偏离正常值的情况，一般无需读出确切的数值；第七章人机界面的安全设计

③警戒用仪表用于显示机器是处于正常区、警戒区还是危险区。④追踪用仪表是动态控制系统中最常见的操纵方式之一；⑤调节用仪表只用于显示操纵器调节的值，宜选用由操纵者直接控制指针或刻度盘运动的结构形式。第七章人机界面的安全设计7.1.2显示方式的选择方法与原则

1.用尽量简单明了的方式显示所传达的信息，尽量减少译码的错误。2.使用与信息精度要求相一致的显示精度，要保证最少的认读时间。第七章人机界面的安全设计

3.采用与操作人员的操作能力及习惯相适应的信息显示形式，提高显示方式和人机可靠性。4.按观察条件，运用最有效的显示技术和显示方法，使显示变化的速度不要超过人的反应速度。第七章人机界面的安全设计7.2显示装置的设计

7.2.1显示器设计的基本原则准确性原则简单性原则一致性原则排列性原则第七章人机界面的安全设计位置排列原则1.最常用的和最主要的显示器应尽可能安排在视野中心3°范围之内，因在这一视野范围内，人的视觉效率最优，也最能引起人的注意；2.当显示器很多时，应按它们的功能分区排列，区与区之间应有明显界限；第七章人机界面的安全设计位置排列原则3.显示器应尽量靠近，以缩小视野范围；4.显示器的排列要适合于人的视觉特征。例如，人眼的水平运动比垂直运动快且幅度宽，因此显示器水平排列的范围可以比垂直方向大。此外，为达到较好的视觉效果，在光线暗的地方要装设合适的照明设备。第七章人机界面的安全设计7.2.2视觉显示器的设计

指针式仪表的设计数字显示器的设计第七章人机界面的安全设计设计指针式仪表时应考虑的安全

人机工程学问题1.指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；2.刻度盘的形状与大小是否合理；3.刻度盘的刻度划分、数字和字幕的形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者迅速而准确地识读；4.根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。第七章人机界面的安全设计

格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，作为飞机高度计，显示飞机不同的高度，如图6-1所示。对受过训练的飞行员和大学生进行认读实验。发现飞机上原来采用的三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。1958年4月晚一架子爵号飞机在准备向普斯威克机场降落时，机长将三针式高度计的2500英尺误读为12500英尺，结果飞机撞毁在地面上。第七章人机界面的安全设计第七章人机界面的安全设计第七章人机界面的安全设计第七章人机界面的安全设计一、指针式显示形式的选择1．表排列时显示形式的选择当用多表排列显示几个同类性质的数量（或质量）的增高或下降是，采用竖放的直线刻度盘仪表最为有利，第七章人机界面的安全设计2．采用一表双显示一表双显示可以克服两只仪表数值比较时的困难，但这种仪表易产生误读，只有表盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针的形状、颜色、针尾不相同。第七章人机界面的安全设计第七章人机界面的安全设计第七章人机界面的安全设计表6-6

配色的级次级次12345678910清晰

程度底色

被衬色

模糊

程度底色

被衬色

第七章人机界面的安全设计1．数字式显示的优点

作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，而且认读需占用的时间也较短。

默雷尔等人于1966年实验证明了这一点。他们使用带刻度的测度的测微计时，误读率约为33%，而使用数字式显示不但认读快，而且误读率低，后者误读率只有后者的1/10。

第七章人机界面的安全设计二、定性显示方式选择

当显示器不是为了记录准确的读数，而是为了对机器的运行状态作出定性显示时，选用模拟式仪表更为有利。模拟显示还有很多种，现将常用的几种分述如下：1．视觉编码定性显示往往是建立在对事物状态进行分类，或将数值划分为数段，每一个数段，每一个数段作为一个级位这样的基础第七章人机界面的安全设计之上的。显示方式是对每一类或每一级位作区分性显示。实验表明，在数字、字母、几何形状、位置和色彩这五种常用的视觉编码方式中，数字和颜色编码最为有效，而按位置编码的效率最低。2．颜色编码颜色编码可以由图那样用于刻度盘表示，也可以单独用颜色作编码显示，例如，控制室中不同液体的压力表涂成与其管路相同的颜色，或相关的仪表与控制器用的颜色进行编码等等。第七章人机界面的安全设计美国波尔顿经实验得到一套颜色码，以红色代表最大的体积，白色代表最小的体积，顺序如下：红、橙、黄、绿、青、兰、紫、黑、白。我国《GB2893-82安全色》中的规定可作为仪表及信号显示设计中的参考。

颜色编码的缺点：一是受外界光色彩的影响；二是当光照很低时，色彩都趋于灰色，不易辨认，三是大约6%的男性对色彩不敏感，这就要求对工作人员进行职业选择。第七章人机界面的安全设计7.2.3听觉显示器的设计

听觉传示装置分为两大类：一类是音响及报警装置，另一类是语言传示装置。用纯音或复音来显示听觉信息的装置称为音响和报警装置，其用途极广第七章人机界面的安全设计音响及报警装置的类型及特点1.蜂鸣器是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置。蜂鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适合较安静的环境，常配合信号灯一起使用。2.电铃。电铃因其用途不同，其声压级和频率有较大差别。第七章人机界面的安全设计音响及报警装置的类型及特点3.角笛和汽笛。角笛的声音有吼声（声压级90－100dB、低频）和尖叫声（即高声强、高频）两种。4.警报器。警报器的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调富有上升与下降的变化，主要用于危急状态报警。第七章人机界面的安全设计音响和报警装置的设计原则音响信号必须保证位于信号接受范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出反应；音响信号必须易于识别，因此音响和报警装置的频率选择应在噪音掩蔽效应最小的范围内；第七章人机界面的安全设计

为引人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于0.2Hz和不高于5Hz；报警装置最好采用交频的方式，使音调有上升和下降的变化。对于重要信号的报警，除使用音响报警装置外，最好与光信号同时作用，组成视听双重报警信号。第七章人机界面的安全设计语言传示装置人与机器之间也可用语言来传递信息。传递和显示语言信号的装置称为语言传示装置。如象麦克风这样的受话器就是语言传示装置，而扬声器就是语言显示装置。第七章人机界面的安全设计设计语言传示装置应注意的问题1.语言的清晰度

2.语言的强度

3.噪声对语言传示的影响第七章人机界面的安全设计7.2.4信号灯与符号标志的设计

信号灯的设计原则1.清晰、醒目和必要的视距；2.具有合适的使用目的。3.按信号性质设计。4.信号灯位置与颜色的选择。5.要注意信号灯与操纵杆间的配合与协调。第七章人机界面的安全设计7.3控制器的设计

7.3.1控制器的类型及其适用范围7.3.2控制器设计的人机工程学因素第七章人机界面的安全设计7.3.2控制器设计的人机

工程学因素

控制器编码控制器的外形结构和尺寸控制器的阻力操作反馈防止控制器的意外启动第七章人机界面的安全设计控制器编码

形状编码大小编码颜色编码标记编码第七章人机界面的安全设计防止控制器的意外启动的办法在控制器上加保护罩将控制器安装在不易碰撞的位置上；操作者必须连续作两种操作运动才能使控制器启动，而且后一种操作运动的方向与前一种操纵的方向不同，以此将控制器锁定在位置上；适当增大控制器的操作阻力等。第七章人机界面的安全设计7.3.4手动与脚动控制器的设计

基本要求：1.控制器应根据人体测量数据、生物力学以及人体运动特征进行设计。2.控制器的运动方向应与机器设备的被控方向一致。3.应尽量利用控制器的结构特点以及操作者身体部位的重力进行控制；4.在可能的条件下，尽量设计和选用多功能控制器。第七章人机界面的安全设计脚踏板的类型（a）往复式；（b）回转式；（c）直动式第七章人机界面的安全设计踏板角与脚的最大操纵力之间的关系第七章人机界面的安全设计7.4显示器与控制器的

工效学设计

7.4.1显示器和控制器的布局设计原则使用顺序原则功能原则使用频率原则重要性原则第七章人机界面的安全设计

7.4.2视觉显示器的布置7.4.3控制器的布置手动控制器在垂直